在全球制造业向智能化、绿色化转型的关键时期,中国计量大学“云磨智擎”团队历经两年技术攻关,成功推出“基于电磁力控与视觉引导的柔性打磨抛光设备”。该设备突破传统刚性打磨技术瓶颈,实现高精度力控、智能路径规划与多面加工一体化,为航空航天、汽车制造、半导体等高端领域提供了高效、绿色的精密加工解决方案,成为推动“中国智造”升级的重要创新成果。
项目团队实践调研
直击行业痛点:传统打磨“硬伤”催生柔性化解决方案
传统打磨工艺长期受困于诸多难题。在复杂曲面加工场景下,刚性打磨设备常常引发过载损伤,致使工件报废;欠打磨问题屡见不鲜,导致产品质量难以保障;二次退火现象频发,不仅降低生产效率,还影响产品性能。这些问题在对精度要求极高的航空航天、精密仪器制造等高端制造业中,显得尤为突出。
针对上述问题,中国计量大学“云磨智擎”学生团队敏锐地捕捉到这些行业痛点,整合电磁学、机器人学与机器视觉技术,研发出集“电磁柔顺力控+视觉精准引导”于一体的柔性打磨抛光设备,实现从“粗放加工”到“精准智造”的跨越。
云磨智擎团队研发的柔性打磨抛光设备具有三大核心技术:重新定义精密打磨标准
1.电磁变刚度柔顺打磨装置——力控精度达±1N,响应速度提升40%
创新采用定圈动铁式音圈电机,通过电流-刚度线性映射原理,实现0-100N接触力动态调节,力控精度达±1N,响应速度≤40ms,较传统方案提升40%。装置配备六维力传感器与位移传感器,实时补偿20mm范围内的曲面偏差,有效消除打磨震颤,使铝合金、钛合金等硬质材料表面粗糙度稳定在Ra≤0.8μm,达到航空级精密加工标准。
电磁变刚度柔顺装置
2.智能翻转工作台——360°无死角加工,除尘效率超99.7%
集成高精度分度盘(分辨率0.00625°,重复定位精度0.0035°),支持工件360°自动翻转,一次装夹即可完成多面加工,解决传统设备需多次人工调整的痛点。配套气陀螺工业集尘系统,以2000m³/h流量吸附打磨粉尘,除尘效率达99.7%,显著改善作业环境,降低职业病风险。
3.视觉引导系统——AI算法赋能,焊缝识别准确率98.7%
搭载激光3D扫描仪与改进型Yolact+深度学习算法,通过GhostNet骨干网络与CoordinateAttention注意力机制,将双金属焊缝等小目标识别准确率提升至98.7%,单帧处理速度达15.32FPS。结合六轴机器人手眼标定技术,实现理论模型与实际加工坐标的微米级匹配,路径规划误差≤0.03mm,彻底解决复杂曲面“定位难、规划慢”问题。
柔性打磨抛光设备实物图
项目由中国计量大学机械电子工程、测控技术与仪器和工业工程等专业9名本科生组成,在蒋志韬等老师的指导下,历时2年完成原理设计、样机研制与工业测试。团队突破“学生科研落地难”瓶颈,与企业共建联合实验室,实现“技术研发-场景验证-工艺优化”闭环,被行业专家评价为“兼具学术价值与工程意义的典型成果”,该项目成果获得了多方面的权威认可。经中国科学院上海科技查新咨询中心国内外查新,证实项目核心技术具有新颖性,综合技术达到国际先进水平。团队申请的8项专利,包括7项发明专利、1件软件著作权和1项外观专利,形成了完善的知识产权保护体系。
在项目成果转化与行业应用落地的关键阶段,“云磨智擎”团队与浙江思普锯业有限公司(简称“思普锯业”)达成深度产学研合作,共同开启智慧化锯条焊缝打磨抛光领域的技术革新。作为国内高端锯切工具制造的龙头企业,思普锯业以“降低锯切成本,提升切削效率”为愿景,通过持续创新、全球化合作及严格的质量管理体系推动行业进步。双方联合开发的柔性打磨抛光工艺已纳入思普锯业高端产品线的标准制程,成为了高校科研成果与细分行业深度融合的典型范例。
团队成员与指导老师探讨
“我们希望通过技术创新,让精密加工不再依赖‘老师傅经验’,而是用智能设备实现‘一键精准加工’我们不仅是设备研发者,更是精密加工生态的构建者。”团队负责人周柯宇表示,“目前团队正推进设备模块化设计,团队也将持续深耕“电磁力控+视觉引导”技术,计划2025年完成中试量产,目标覆盖汽车模具、医疗器械等大型市场,助力我国从“制造大国”向“制造强国”迈进。”
在未来,云磨智擎团队预计将进一步推进该项目落地实用,以实现柔性打磨抛光设备的生产应用,为全球制造业提供“中国方案”,为‘中国智造’提供更多‘柔性’力量。
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